CN114393454B - 一种沟槽微径钻头加工方法及沟槽微径钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种沟槽微径钻头加工方法及沟槽微径钻头，打磨轮以初始转速n1和初始进给速度Vw1开始对棒材进行第一道磨槽；打磨轮自棒材的起始端进给到中心位置的过程中，转速及进给速度都逐渐减小；打磨轮自棒材的中心位置进给到尾端的过程中，转速及进给速度都逐渐增大；打磨轮以减速后的初始转速nx和初始进给速度Vwx开始对棒材进行磨槽；打磨轮自棒材的起始端进给到中心位置的过程中，转速及进给速度都逐渐减小；打磨轮自棒材的中心位置进给到尾端的过程中，转速及进给速度都逐渐增大，直至完成第x道磨槽。本方案中打磨过程中棒材的参数会发生变化，根据此采用变化的打磨轮进给速度及转速来对棒材进行打磨，可以提升棒材的打磨效率及打磨精度。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，特别是涉及一种沟槽微径钻头加工方法及沟槽微径钻头。
背景技术
随着电子产品的高集成化和精密化发展，直径在4.0mm以下的微径钻头钻孔技术在PCB板加工领域运用地极其广泛。PCB板是在编织玻璃纤维形成的玻璃纤维布中浸渍树脂形成预浸树脂坯料，在该坯料的表层层积铜箔形成，是一种非均质复合材料，因此PCB板钻孔过程中孔的位置精度容易降低。
其中，单沟槽、双沟槽微钻的结构与普通的微径麻花钻类似，需要在钻身上加工出两道排屑槽。然而在传统的微型钻头加工过程中，均是采用恒定的加工参数(打磨轮的转速、进给速度等)进行排屑槽的加工，并未考虑到钻头加工过程中的挠度变形的变化和刚度的变化。其中，挠度是在受力或非均匀温度变化时，杆件轴线在垂直于轴线方向的线位移或板壳中面在垂直于中面方向的线位移。钻头加工的过程可以简化为简支梁的受力弯曲模型，参照图1所述，其挠度会不断随着打磨加工的进行而变化。因此，现有的恒定数值的加工方式会使得加工精度和加工效率低，与电子产业的精密化、集成化发展方向背道而驰。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术中单沟槽、双沟槽或多沟槽钻头加工方法的加工精度、效率不佳的问题，提供一种沟槽微径钻头加工方法及沟槽微径钻头。
一方面，本发明提出一种沟槽微径钻头加工方法，包括步骤：
S10：对棒材及打磨轮进行定位；
S20：打磨轮以初始转速n1和初始进给速度Vw1开始对棒材进行第一道磨槽；
S30：打磨轮自棒材的起始端进给到中心位置的过程中，转速及进给速度都逐渐减小；打磨轮自棒材的中心位置进给到尾端的过程中，转速及进给速度都逐渐增大，直至完成第一道磨槽；
S40：如需进行第x道磨槽，打磨轮以初始转速nx和初始进给速度Vwx开始对棒材进行磨槽；其中nx＝k*nx-1，Vwx＝k*Vwx-1，k为0至1之间的常数，x为不小于2的整数；
S50：打磨轮自棒材的起始端进给到中心位置的过程中，转速及进给速度都逐渐减小；打磨轮自棒材的中心位置进给到尾端的过程中，转速及进给速度都逐渐增大，直至完成第x道磨槽。
其中，为了使得棒材的尾端及初始端沟槽参数一致，使得加工更加精密，在磨槽过程中，打磨轮进给到棒材的尾端时，其转速与初始转速相同，进给速度与初始进给速度相同。
其中，为了使得打磨参数可以随棒材位置变化而变化，使得加工更加精密，在磨槽过程中，打磨轮的转速及进给速度的变化倍率随打磨轮的进给距离变化而变化。
其中，螺纹的导程不变，使得钻头排屑更加顺畅，加强了钻头的强度，在第一道磨槽及第二道磨槽过程中，在磨槽过程中，棒材加工的导程L为定值，打磨轮的转速n及进给速度Vw之间满足公式L＝n/Vw。
其中，为了保证棒材加工过程中不会发生不可回弹的弯曲，在第一道磨槽时，所述打磨轮进给过程中，始终保持棒材的挠度变形小于一固定值q；在第x 道磨槽时，所述打磨轮进给过程中，始终保持棒材的挠度变形小于一固定值c；其中，c＝q*g(x-1)，g为0至1之间的常数。
其中，为了进一步保证棒材加工过程中不会发生不可回弹的弯曲，固定值 q＝f*Q，其中Q为棒材在打磨过程中挠性形变的最大可回弹距离，f为0至1之间的定值比例参数。
其中，为了保护棒材，提升排屑槽的加工精度，在磨槽过程中，转速及进给速度都随棒材的挠度增大而减小；转速及进给速度都随棒材的挠度减小而增大。
其中，为了进一步地提升板材的加工精度，打磨轮自棒材的起始端进给到中心位置的过程中，在第一道磨槽及第二道磨槽过程中，打磨轮自棒材的起始端进给到中心位置的过程中，转速及进给速度都以
的减速倍率逐渐减小；在打磨轮自棒材的中心位置进给到尾端的过程中，转速及进给速度都以
的加速倍率逐渐增大；其中b为打磨轮的进给距离，l为棒材的总长度。
其中，为了使得棒材固定更加紧固，不会在加工过程中发生松动而导致加工误差，提升棒材的强度，提升打磨的效率，加工过程中，棒材通过钻头加工机床的三爪卡盘夹紧；打磨轮为砂轮，棒材为硬质合金材料制成。
另一方面，本发明还提出了一种沟槽微径钻头，通过如上所述的沟槽微径钻头加工方法加工而成。
本发明技术方案，在排屑槽加工的过程中，打磨轮自棒材的起始端进给到中心位置的过程中，转速及进给速度都逐渐减小；打磨轮自棒材的中心位置进给到尾端的过程中，转速及进给速度都逐渐增大。且由于排屑槽对棒材强度的影响，第二道磨槽相比于第一道磨槽来说转速及进给速度都有所减小，同理，后续磨槽的转速及进给速度依次减小。打磨过程中棒材的参数会发生变化，根据此采用变化的打磨轮进给速度及转速来对棒材进行打磨，可以提升棒材的打磨效率及打磨精度。
附图说明
图1为背景技术中描述的支梁的受力弯曲模型；
图2为本发明一种沟槽微径钻头加工方法的加工系统的结构示意图；
图3为本发明一种沟槽微径钻头加工方法一实施例的步骤流程图；
图4为本发明的一种沟槽微径钻头加工方法中第一道磨槽与第二道磨槽时的棒形变示意图；
图5为本发明一种沟槽微径钻头加工方法中挠度随打磨轮进给距离变化而变化的示意图；
图6为本发明一种沟槽微径钻头加工方法中的磨削力的受力模型；
图7为本发明一种沟槽微径钻头加工方法的实施例1中加工完成后的钻头结构示意图；
图8为本发明一种沟槽微径钻头加工方法的实施例2中加工完成后的钻头结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、三爪卡盘；2、棒材；3、砂轮。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做清楚、完整的描述。显然，以下描述的具体细节只是本发明的一部分实施例，本发明还能够以很多不同于在此描述的其他实施例来实现。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
在实施例一中，以加工两道磨槽为例，请参阅图3所示，一种沟槽微径钻头加工方法，包括步骤：
S10：对棒材2及打磨轮进行定位；
S20：打磨轮以初始转速n1和初始进给速度Vw1开始对棒材2进行第一道磨槽；
S30：打磨轮自棒材2的起始端进给到中心位置的过程中，转速及进给速度都逐渐减小；打磨轮自棒材2的中心位置进给到尾端的过程中，转速及进给速度都逐渐增大，直至完成第一道磨槽；
S40：打磨轮以初始转速n2和初始进给速度Vw2开始对棒材2进行第二道磨槽；其中n2＝k*n1，Vw2＝k*Vw1，k为0至1之间的常数；
S50：打磨轮自棒材2的起始端进给到中心位置的过程中，转速及进给速度都逐渐减小；打磨轮自棒材2的中心位置进给到尾端的过程中，转速及进给速度都逐渐增大，直至完成第二道磨槽。
如还需要第三道、第四道磨槽时，则进行以下步骤：
S60：进行第x道磨槽，打磨轮以初始转速nx和初始进给速度Vwx开始对棒材2进行第二道磨槽；其中nx＝k*nx-1，Vw2＝k*Vwx-1，k为0至1之间的常数， x为大于2的整数；
S70：打磨轮自棒材2的起始端进给到中心位置的过程中，转速及进给速度都逐渐减小；打磨轮自棒材2的中心位置进给到尾端的过程中，转速及进给速度都逐渐增大，直至完成第x道磨槽。
本发明技术方案，在排屑槽加工的过程中，打磨轮自棒材2的起始端进给到中心位置的过程中，转速及进给速度都逐渐减小；打磨轮自棒材2的中心位置进给到尾端的过程中，转速及进给速度都逐渐增大。参照图4所示，由于排屑槽对棒材2强度的影响，第二道磨槽相比于第一道磨槽来说转速及进给速度都有所减小。打磨过程中棒材2的参数会发生变化，根据此采用变化的打磨轮进给速度及转速来对棒材2进行打磨，可以提升棒材2的打磨效率及打磨精度。
进一步地，为了使得棒材2的尾端及初始端沟槽参数一致，使得加工更加精密，在第一道磨槽及第二道磨槽过程中，打磨轮进给到棒材2的尾端时，其转速及进给速度分别与初始转速和初始进给速度相同。
进一步地，为了使得打磨参数可以随棒材2位置变化而变化，使得加工更加精密，在第一道磨槽及第二道磨槽过程中，打磨轮的转速及进给速度的变化倍率随打磨轮的进给距离而变化。
具体地，螺纹的导程不变，使得钻头排屑更加顺畅，加强了钻头的强度，在第一道磨槽及第二道磨槽过程中，棒材2加工的导程L为定值，打磨轮的转速n及进给速度Vw之间满足公式L＝n/Vw。
其中，为了保证棒材2加工过程中不会发生不可回弹的弯曲，在第一道磨槽时，打磨轮进给过程中，始终保持棒材2的挠度变形小于一固定值q；在第二道磨槽时，打磨轮进给过程中，始终保持棒材2的挠度变形小于一固定值c；其中，c＝g*q，g为0至1之间的常数。在打磨第x道磨槽时，c＝q*g(x-1)。
具体地，为了进一步保证棒材2加工过程中不会发生不可回弹的弯曲，该固定值q＝f*Q，其中Q为棒材2在打磨过程中挠性形变的最大可回弹距离，f为 0至1之间的定值比例参数。
进一步地，为了保护棒材2，提升排屑槽的加工精度，在第一道磨槽及第二道磨槽过程中，转速及进给速度都随棒材2的挠度增大而减小；转速及进给速度都随棒材2的挠度减小而增大。
进一步地，为了进一步地提升板材的加工精度，打磨轮自棒材2的起始端进给到中心位置的过程中，在第一道磨槽及第二道磨槽过程中，打磨轮自棒材2 的起始端进给到中心位置的过程中，转速及进给速度都以
的减速倍率逐渐减小；在打磨轮自棒材2的中心位置进给到尾端的过程中，转速及进给速度都以
的加速倍率逐渐增大；其中b为打磨轮的进给距离，l为棒材2的总长度。
在本发明的一实施例中，如图7所示，本沟槽微径钻头加工方法中，钻头的结构包括钻身和钻尖两个部分，钻尖上分布有单条排屑槽由钻尖螺旋排布向钻尾。
其中，钻头棒材2为硬质合金，由于力学相关性，其挠度变形在一定范围Q 内是可以回弹的。本实施例中取该挠度变形的80％即f＝0.8作为挠度许用值q。
参照图6，本沟槽微径钻头加工方法中，砂轮3施加在棒材2上的力为径向力Fq和横向力Fa。参照图1，钻头加工的过程可以简化为简支梁的受力弯曲模型。
在该实施例中，钻头棒材2的挠度变形变化如图5所示。在砂轮3刚和棒材2接触时，其挠度变形为q1，q1和棒材2的抗弯刚度，钻头的长度以及施加的磨削力相关，根据现有的挠度公式可知，相关公式为
其中， F为钻头受的径向力Fq，l为钻头的棒材2长度，EI为抗弯刚度。在砂轮3加工至钻头的中部时，钻头最大挠度变形为q2，相关公式为，
当砂轮3 加工至钻头的后半段时，钻头的挠度变形为q3，q3的计算原理和q1的计算原理一致，可以看出q1<q2>q3。
在沟槽微径钻头加工方法中，磨槽砂轮3对钻头棒材2的磨削力Fq和转速和进给速度的相关公式为：
其中，k为系数，n为砂轮3转速，Vw 为砂轮3进给速度。
沟槽微径钻头加工方法中，砂轮3加工钻头的过程中，满足：L＝n/Vw，其中L为钻头导程,且L为恒定值。
沟槽微径钻头加工方法中，钻头棒材2整体挠度变形是先逐渐增大后逐渐减小的，即由图5所示的q1逐渐过渡到q2再过渡到q3。为了保证棒材2不会发生不可回弹的变形，在加工过程中，保持挠度变形q1≤Q，q2≤Q，q3≤Q。
由前面公式可以推倒出，加工过程的加工参数匹配关系是：
其中，n1为加工的初始转速，n2为后续加工转速。而进给速度和转速则根据导程关系进行匹配。
由上公式可以推出，打磨轮自棒材2的起始端进给到中心位置的过程中，转速及进给速度都以
的减速倍率逐渐减小；在打磨轮自棒材2 的中心位置进给到尾端的过程中，转速及进给速度都以
的加速倍率逐渐增大；其中b为打磨轮的进给距离，l为棒材2的总长度。
在本实施例中，具体地，为了使得棒材2固定更加紧固，不会在加工过程中发生松动而导致加工误差，加工过程中，棒材2通过钻头加工机床的三爪卡盘1夹紧。当然，棒材2通过其他装置进行固定也可，其不以本实施例中描述为限制。
参照图2所示，进一步地，为了提升棒材2的强度，且提升打磨的效率，打磨轮为砂轮3，棒材2为硬质合金材料制成。当然，棒材2也可通过其他材料制成，打磨轮可以通过其他旋转切削工具进行实现，其不以本实施例中描述为限制。
如附图8中所示的，该方法当然也可以只打磨一道磨槽，以此加工形成单沟槽微径钻头。
该加工方法为由于硬质合金棒料在材料去除过程中产生的渐变型的挠度变形，基于棒材2挠度变形的变化，在加工的过程中采用先减小后增大的加工参数完成钻头排屑槽的加工，与传统加工方法相比，该加工方法极大地提高了钻头加工精度和效率。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、替换及改进，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。
Claims (9)
1.一种沟槽微径钻头加工方法，其特征在于，包括步骤：
S10：对棒材及打磨轮进行定位；
S20：打磨轮以初始转速n1和初始进给速度Vw1开始对棒材进行第一道磨槽；
S30：打磨轮自棒材的起始端进给到中心位置的过程中，转速及进给速度都逐渐减小；打磨轮自棒材的中心位置进给到尾端的过程中，转速及进给速度都逐渐增大，直至完成第一道磨槽；
S40：如需进行第x道磨槽，打磨轮以初始转速nx和初始进给速度Vwx开始对棒材进行磨槽；其中nx＝k*nx-1，Vwx＝k*Vwx-1，k为0至1之间的常数，x为不小于2的整数；
S50：打磨轮自棒材的起始端进给到中心位置的过程中，转速及进给速度都逐渐减小；打磨轮自棒材的中心位置进给到尾端的过程中，转速及进给速度都逐渐增大，直至完成第x道磨槽。
2.根据权利要求1所述的沟槽微径钻头加工方法，其特征在于，在磨槽过程中，打磨轮进给到棒材的尾端时，其转速与初始转速相同，进给速度与初始进给速度相同。
3.根据权利要求1所述的沟槽微径钻头加工方法，其特征在于，在磨槽过程中，打磨轮的转速及进给速度的变化倍率随打磨轮的进给距离变化而变化。
4.根据权利要求1所述的沟槽微径钻头加工方法，其特征在于，在磨槽过程中，棒材加工的导程L为定值，打磨轮的转速n及进给速度Vw之间满足公式L＝n/Vw。
5.根据权利要求1所述的沟槽微径钻头加工方法，其特征在于，在第一道磨槽时，所述打磨轮进给过程中，始终保持棒材的挠度变形小于一固定值q；在第x道磨槽时，所述打磨轮进给过程中，始终保持棒材的挠度变形小于一固定值c；其中，c＝q*g(x-1)，g为0至1之间的常数。
6.根据权利要求5所述的沟槽微径钻头加工方法，其特征在于，固定值q＝f*Q，其中Q为棒材在打磨过程中挠性形变的最大可回弹距离，f为0至1之间的定值比例参数。
7.根据权利要求1至6任一项所述的沟槽微径钻头加工方法，其特征在于，在磨槽过程中，转速及进给速度都随棒材的挠度增大而减小；转速及进给速度都随棒材的挠度减小而增大。
8.根据权利要求1所述的沟槽微径钻头加工方法，其特征在于，加工过程中，棒材通过钻头加工机床的三爪卡盘夹紧；打磨轮为砂轮，棒材为硬质合金材料制成。
9.一种沟槽微径钻头，其特征在于，通过如权利要求1至8任一项所述的沟槽微径钻头加工方法加工而成。
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